UDP协议分析
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UDP协议
应用层 TCP IP 网络接口 UDP
应用进程通信时 需遵守的规则和 标准
主机到主机间的 不可靠通信
UDP 分组叫用户数据报，有8 个字节 的固定首部，UDP 报首结构如下图所示
•
•
•
•
源端口号：这是在源主机上运行进程所使用的端口，有16 位长，可以表示的 端口号从0 到65535，当源主机是客户端时，此端口号为短暂端口号，为源主 机上UDP软件随机生成。当源主机是服务端时，此端口号通常是熟知端口。 ������目的端口号：这是在目的主机上运行的进程使用的端口号，长度是16 位， 若目的主机是服务器端，那么此端口号通常是熟知端口，如果目的主机是客 户端，那么此端口号通常是随机出来的短暂端口。服务器端发送报文的目的 端口，通常是将客户端发送报文的源端口复制过来。 ������总长度：长度为16 位，它定义了用户数据报的总长度，首部加上数据，16 位可以定义的总长度是从0 到65535 字节，但是最小长度是8 字节,有首部没 有数据。 ������检验和：这个字段用来检验整个用户数据报（首部加上数据）出现的差错 。UDP的校验和的计算和IP 与ICMP校验和的计算不同，UDP 的校验和包括 伪首部、UDP
二. 发送方的应用程序准备好数据后，将其交给UDP协 议，由其发送给主机A的端口P。 三. UDP协议将应用程序数据作为UDP数据包的数据部 分封装在一个UDP数据包中，并将数据包的目标端口字段设 置为P。
四. UDP协议将UDP数据包交给IP协议处理，由其发送 给主机A。
五. IP协议将UDP数据作为IP数据包的数据部分封装在 一个IP数据包中，并将数据包的目的地址字段设置为A，将 协议字段设置为17。 六. IP数据交给网络层发送出去，经多个网络设备 （路由器），到达主机A的IP协议层。
• UDP是一个简单的面向数据报的运输层的协议，它提 供协议端口，使得应用进程能够向其他进程发送数据 报，进行进程间的数据通信。 • UDP数据报是无连接、不可靠的。不提供确认、消息 反馈控制，与IP数据报相同。可靠性要需要由应用程 序本身提供。 • UDP规范(RFC-768，1980）。
• UDP利用IP进行主机到主机的数据报传输。 • UDP数据封装：
TCP和UDP协议实现进程间通信
• UDP实现不可靠通信，所以比较简单，只实现了进程通 信和部分差错检测功能。这些可由UDP的首部体现出来
• TCP实现可靠通信，这决定了实现的功能很多，也很复杂。
• 目前的方案是：按功能（服务）分类，为每类功能提 供一个协议“端口”作为最终的报文接收端。 – 协议端口是逻辑意义上的，用一些正整数标识 – 一台主机可以设置多个端口，也即意味着同一主机 可运行多种服务。 – 基于操作系统的支持，多个端口可并行访问，即多 种服务可同时运行。
UDP的特点
UDP的简单性使UDP不适合于一些应用，但对另一些更 复杂的、自身提供面向链接功能的应用却很适合。其他可 能使用UDP的情况包括：转发路由表数据交换、系统信息 、网络监控数据等的交换。这些类型的交换不需要流控、 应答、重排序或任何TCP提供的功能。
UDP报首部数据格式
源端口可选，若无，则必须全为零。 报文长度以8位组计算，包括UDP报头和数据，最小值为8， 即仅有报头。 检校和也是可选的，但是应该使用，因为这是UDP中唯一提 供差错控制的地方。若无，则全为零。
图7-2
UDP数据报的首部和伪首部
UDP检验和
UDP检验和覆盖UDP首部和UDP数据。 UDP检验和的基本计算方法与IP首部检验和计算方法相 类似（16b字的二进制反码和），但是它们之间存在不同的 地方。 首先， UDP数据报的长度可以为奇数字节，但是检验和 算法是把若干个16 bit字相加。解决方法是必要时在最后增 加填充字节0，这只是为了检验和的计算（也就是说，可能 增加的填充字节不被传送）。
UDP检验和
其次， UDP数据报包含一个12字节长的伪首部，它是为了 计算检验和而设置的。伪首部包含IP首部一些字段。其目的 是让UDP两次检查数据是否已经正确到达目的地。
如果检验和的计算结果为0，则存入的值为全1，这在二 进制反码计算中是等效的。如果传送的检验和为0，说明发 送端没有计算检验和。
UDP数据包的封装
UDP首部 UDP数据
IP首部
IP报文数据
帧头
帧数据
图 7-6 UDP数据包封装示意图
IP数据包首部有一个协议字段，表明IP数据包封装 的是上层哪一个协议的数据包。对于UDP协议数据包，该 字段为17。 使用UDP协议的应用程序如何将数据传输到目的主 机A的特定应用程序。 过程： 一. 接收数据主机A的应用程序要申请一个UDP端 口，设为P。
图7-3
UDP数据报检验和计算过程中使用的各个字段
图7-4
计算UDP检验和的示例
UDP伪首部格式
0
8
16
百度文库
31
源IP地址 目的IP地址 0 协议代码(17) UDP数据包长度
图7-5 UDP伪首部数据格式
UDP伪首部的作用 为了数据包的接收者确定发送和接收的UDP数据包是来 自正确的源地址且该数据包是发给自己的。 发送方构造伪首部与待发送的的UDP数据一起计算校验 和，然后发送给接收方。 接收方使用同样的方法计算校验 和，并与发送方的校验和比较，如果一致，则说明该数据 包是发给本机的，且数据传输无误。
应用层 TCP IP 网络接口 UDP
应用进程通信时 需遵守的规则和 标准
主机到主机间的 不可靠通信
UDP 分组叫用户数据报，有8 个字节 的固定首部，UDP 报首结构如下图所示
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源端口号：这是在源主机上运行进程所使用的端口，有16 位长，可以表示的 端口号从0 到65535，当源主机是客户端时，此端口号为短暂端口号，为源主 机上UDP软件随机生成。当源主机是服务端时，此端口号通常是熟知端口。 ������目的端口号：这是在目的主机上运行的进程使用的端口号，长度是16 位， 若目的主机是服务器端，那么此端口号通常是熟知端口，如果目的主机是客 户端，那么此端口号通常是随机出来的短暂端口。服务器端发送报文的目的 端口，通常是将客户端发送报文的源端口复制过来。 ������总长度：长度为16 位，它定义了用户数据报的总长度，首部加上数据，16 位可以定义的总长度是从0 到65535 字节，但是最小长度是8 字节,有首部没 有数据。 ������检验和：这个字段用来检验整个用户数据报（首部加上数据）出现的差错 。UDP的校验和的计算和IP 与ICMP校验和的计算不同，UDP 的校验和包括 伪首部、UDP
二. 发送方的应用程序准备好数据后，将其交给UDP协 议，由其发送给主机A的端口P。 三. UDP协议将应用程序数据作为UDP数据包的数据部 分封装在一个UDP数据包中，并将数据包的目标端口字段设 置为P。
四. UDP协议将UDP数据包交给IP协议处理，由其发送 给主机A。
五. IP协议将UDP数据作为IP数据包的数据部分封装在 一个IP数据包中，并将数据包的目的地址字段设置为A，将 协议字段设置为17。 六. IP数据交给网络层发送出去，经多个网络设备 （路由器），到达主机A的IP协议层。
• UDP是一个简单的面向数据报的运输层的协议，它提 供协议端口，使得应用进程能够向其他进程发送数据 报，进行进程间的数据通信。 • UDP数据报是无连接、不可靠的。不提供确认、消息 反馈控制，与IP数据报相同。可靠性要需要由应用程 序本身提供。 • UDP规范(RFC-768，1980）。
• UDP利用IP进行主机到主机的数据报传输。 • UDP数据封装：
TCP和UDP协议实现进程间通信
• UDP实现不可靠通信，所以比较简单，只实现了进程通 信和部分差错检测功能。这些可由UDP的首部体现出来
• TCP实现可靠通信，这决定了实现的功能很多，也很复杂。
• 目前的方案是：按功能（服务）分类，为每类功能提 供一个协议“端口”作为最终的报文接收端。 – 协议端口是逻辑意义上的，用一些正整数标识 – 一台主机可以设置多个端口，也即意味着同一主机 可运行多种服务。 – 基于操作系统的支持，多个端口可并行访问，即多 种服务可同时运行。
UDP的特点
UDP的简单性使UDP不适合于一些应用，但对另一些更 复杂的、自身提供面向链接功能的应用却很适合。其他可 能使用UDP的情况包括：转发路由表数据交换、系统信息 、网络监控数据等的交换。这些类型的交换不需要流控、 应答、重排序或任何TCP提供的功能。
UDP报首部数据格式
源端口可选，若无，则必须全为零。 报文长度以8位组计算，包括UDP报头和数据，最小值为8， 即仅有报头。 检校和也是可选的，但是应该使用，因为这是UDP中唯一提 供差错控制的地方。若无，则全为零。
图7-2
UDP数据报的首部和伪首部
UDP检验和
UDP检验和覆盖UDP首部和UDP数据。 UDP检验和的基本计算方法与IP首部检验和计算方法相 类似（16b字的二进制反码和），但是它们之间存在不同的 地方。 首先， UDP数据报的长度可以为奇数字节，但是检验和 算法是把若干个16 bit字相加。解决方法是必要时在最后增 加填充字节0，这只是为了检验和的计算（也就是说，可能 增加的填充字节不被传送）。
UDP检验和
其次， UDP数据报包含一个12字节长的伪首部，它是为了 计算检验和而设置的。伪首部包含IP首部一些字段。其目的 是让UDP两次检查数据是否已经正确到达目的地。
如果检验和的计算结果为0，则存入的值为全1，这在二 进制反码计算中是等效的。如果传送的检验和为0，说明发 送端没有计算检验和。
UDP数据包的封装
UDP首部 UDP数据
IP首部
IP报文数据
帧头
帧数据
图 7-6 UDP数据包封装示意图
IP数据包首部有一个协议字段，表明IP数据包封装 的是上层哪一个协议的数据包。对于UDP协议数据包，该 字段为17。 使用UDP协议的应用程序如何将数据传输到目的主 机A的特定应用程序。 过程： 一. 接收数据主机A的应用程序要申请一个UDP端 口，设为P。
图7-3
UDP数据报检验和计算过程中使用的各个字段
图7-4
计算UDP检验和的示例
UDP伪首部格式
0
8
16
百度文库
31
源IP地址 目的IP地址 0 协议代码(17) UDP数据包长度
图7-5 UDP伪首部数据格式
UDP伪首部的作用 为了数据包的接收者确定发送和接收的UDP数据包是来 自正确的源地址且该数据包是发给自己的。 发送方构造伪首部与待发送的的UDP数据一起计算校验 和，然后发送给接收方。 接收方使用同样的方法计算校验 和，并与发送方的校验和比较，如果一致，则说明该数据 包是发给本机的，且数据传输无误。